崎嶇地面移動機器人運動與估計關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展,對機器人的研究也日益加深,特別是崎嶇地面上的移動機器人技術(shù)已經(jīng)成為研究的一個熱點。本課題在國家自然科學基金項目“輪式機器人在崎嶇地面的低能耗通過性控制的方法研究(60775060)”的支持下,搭建崎嶇地面移動機器人控制系統(tǒng),研究機器人運動學及相關(guān)特性,對機器人車體及輪地接觸等相關(guān)信息做出探索。
　　 首先,在綜合目前國內(nèi)外移動機器人控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的前提下,搭建一種結(jié)構(gòu)簡單,易于實現(xiàn),可移植,兼容

2、性好,穩(wěn)定性強的移動機器人控制系統(tǒng)。課題選擇了帶有PC/104總線的工控機作為主控單元,以CAN總線作為電機驅(qū)動器控制總線,轉(zhuǎn)向舵機控制卡控制轉(zhuǎn)向電機、IMU單元等控制器和傳感器作為輔助設(shè)備,目的是能夠良好的控制移動機器人的動作,同時能夠以直接或間接方式得到移動機器人的姿態(tài),接地角以及驅(qū)動電機的電流,轉(zhuǎn)速等相關(guān)信息。
　　 其次,根據(jù)現(xiàn)有移動機器人平臺,應用坐標變換的方法,建立運動學模型,并分析其相關(guān)特性。在運動學建模的過程中,

3、考慮滑轉(zhuǎn)和滑移以及接地角;針對移動機器人平臺前后傾角及側(cè)傾角可以調(diào)節(jié)的特點,在運動學模型建立過程中做出相關(guān)推導;此外,分析前后傾角及側(cè)傾角的調(diào)節(jié)對車體運動帶來的影響?；谶\動學推導移動機器人常用的幾種機動模式控制方法。
　　 第三,基于運動學模型及剮體運動原理,在地形已知的情況下,對輪地接觸角(簡稱接地角)估計做出仿真研究,在地形未知的情況下給出接地角估計公式,針對IMU及關(guān)節(jié)碼盤等傳感器回讀的數(shù)值與真值之間存在偏差的情況,采用

4、UKF濾波的方法進行濾波,減小偏差,使得對于姿態(tài)和接地角等信息的估計更加準確。另外,基于運動學的原理,推導帶有從動第五輪的機器人滑轉(zhuǎn)率估計方法。
　　 最后,課題對幾種常用機動模式分別進行硬地與沙地行走實驗,驗證控制系統(tǒng)硬件的穩(wěn)定性,同時驗證控制軟件的有效性。此外,進行崎嶇地面試驗臺行走實驗與沙地典型崎嶇地面行走實驗,驗證接地角估計算法與滑轉(zhuǎn)率估計算法。在上述實驗過程中,均采集車體俯仰、橫滾、偏航角度,各驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速、電流等信息